De cel en membraantransport (Biologie vwo), les 1: Uitleg

• newEditor
• Biologie
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 4-6

Introduction

Uitleg over bacteriën en virussen, de eukaryote cel en organellen, de plantencel, endosymbiose, homeostase met terugkoppeling, de bouw van het celmembraan, passief en actief transport, osmose, turgor en plasmolyse en motoreiwitten. Met vijf controlevragen.

CEL · MEMBRAANTRANSPORT

De cel en membraantransport

Examenstof biologie vwo

Les 1 van 3: uitleg. Les 2 is de examentraining, les 3 de terugblik met quiz. Syllabus: M2.1 (B2.1) specificatie 1 t/m 7, M2.2 (B2.2) specificatie 1 t/m 5. Image credit: Trương Minh Khải / Wikimedia Commons, CC BY 4.0

CEL · MEMBRAANTRANSPORT

Wat ga je kunnen?

Ik kan de bouw van de prokaryote en eukaryote cel beschrijven en uitleggen hoe homeostase, transport en osmose in de cel werken.

Welke woorden horen bij het woord cel?

Verwacht: kern, membraan, DNA, bacterie, plant, dier, mitochondrie, osmose. Koppel de woorden aan de blokken van de les: bouw van de cel, homeostase, transport. Veelgemaakte misvatting: alle cellen hebben een celkern. Prokaryoten niet.

Kolonie Escherichia coli onder de elektronenmicroscoop, ingekleurd

CEL · MEMBRAANTRANSPORT

Bacteriën zijn prokaryoten

• Een bacterie is een prokaryoot: een cel zonder celkern.

• Het erfelijk materiaal is één cirkelvormig chromosoom dat vrij in de cel ligt.

• Extra genen liggen op kleine ringetjes DNA, plasmiden.

• Buiten het celmembraan zit een celwand.

Syllabus M2.1 specificatie 1: prokaryoot, bacterie, plasmide, celwand, cirkelvormig chromosoom. Veelgemaakte fout: denken dat bacteriën geen DNA hebben. Ze hebben wel DNA, alleen niet in een celkern. Op vwo-niveau wordt dit vooral gebruikt als vergelijking met de eukaryote cel op de volgende dia's. Image credit: Janice Haney Carr, CDC / Wikimedia Commons, publiek domein

Bacteriofaag T2: een virus met kop en staart

CEL · MEMBRAANTRANSPORT

Virussen zijn geen cellen

• Een virus is erfelijk materiaal in een eiwitmantel, zonder eigen stofwisseling.

• Is het erfelijk materiaal DNA, dan is het een DNA-virus; is het RNA, dan een RNA-virus.

• Een virus vermenigvuldigt zich alleen in een gastheercel.

• Op de foto: een bacteriofaag, een virus dat bacteriën infecteert.

Syllabus M2.1 specificatie 2: virus, eiwitmantel, DNA-virus, RNA-virus. Veelgemaakte fout: een virus als kleine bacterie zien. Een virus is geen cel en heeft geen celmembraan of eigen stofwisseling. Image credit: SnaxMikn / Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0

Bouw van een eukaryote (dierlijke) cel

CEL · MEMBRAANTRANSPORT

De eukaryote cel

• In de celkern liggen de chromosomen; stoffen gaan door kernporiën de kern in en uit.

• In het kernlichaampje worden onderdelen van ribosomen gemaakt.

• Het celmembraan begrenst de cel; het cytoplasma is het grondplasma met de organellen.

• Cytoskelet: eiwitdraden voor vorm en steun. Centriolen helpen bij de vorming van spoeldraden bij celdeling.

Syllabus M2.1 specificatie 3 en 4: eukaryoot, celkern, kernlichaampje, kernporie, chromosoom, celmembraan, cytoplasma, grondplasma, cytoskelet, centriolen. Laat leerlingen op het schema elk label aanwijzen. Veelgemaakte fout: grondplasma en cytoplasma als twee losse zaken zien. Het cytoplasma is het grondplasma met daarin de organellen. Centriolen komen voor in dierlijke cellen. Image credit: Eigen afbeelding

Mitochondrie met geplooid binnenmembraan (TEM)

CEL · MEMBRAANTRANSPORT

Organellen en hun functie

• Een mitochondrie maakt energie vrij voor de cel; het binnenmembraan is geplooid.

• Ribosomen maken eiwitten, vrij in het grondplasma of op het ruw endoplasmatisch reticulum (ruw ER).

• Het ruw ER vervoert eiwitten; het golgi-systeem bewerkt ze, verpakt ze in blaasjes en geeft ze af.

• Lysosomen zijn blaasjes met enzymen die stoffen afbreken.

Syllabus M2.1 specificatie 4 en 5: mitochondrie, (ruw) endoplasmatisch reticulum, golgi-systeem, ribosoom, lysosoom. Veelgemaakte fout: zeggen dat een mitochondrie energie maakt. Energie wordt niet gemaakt maar vrijgemaakt uit voedingsstoffen. De foto toont het geplooide binnenmembraan. Image credit: Louisa Howard / Wikimedia Commons, publiek domein

RNA in een eiwitmantel, zonder eigen stofwisseling. Wat is dit?

A

Een prokaryoot met plasmiden

B

Een bacterie met een celwand

C

Een eukaryote cel zonder celkern

D

Een RNA-virus

Een eiwitmantel met RNA en geen eigen stofwisseling wijst op een RNA-virus. Verwachte fout: bacterie kiezen omdat een bacterie ook klein is en erfelijk materiaal heeft.

Vul in

Stoffen gaan door kernporiën de kern in en uit; in het kernlichaampje worden onderdelen van ribosomen gemaakt.

kernporiën

kernlichaampje

centriolen

lysosomen

Kernporiën zijn de openingen in de kernmembranen. Verwachte fout: kernlichaampje en kernporie verwisselen.

CEL · MEMBRAANTRANSPORT

De plantencel

• Een plantencel heeft buiten het celmembraan een celwand die stevigheid geeft.

• De grote vacuole is een blaas met celsap en vult een groot deel van de cel.

• Plastiden zijn organellen van planten. De chloroplast is een plastide met chlorofyl (bladgroen).

• In het chlorofyl wordt licht opgevangen voor de fotosynthese.

• Dierlijke cellen hebben geen celwand en geen chloroplasten.

Syllabus M2.1 specificatie 3: celwand, vacuole, plastide, chloroplast, chlorofyl. De fotosynthese zelf is een apart onderwerp. Veelgemaakte fout: celwand en celmembraan door elkaar halen. De celwand ligt buiten het membraan, het membraan is selectief permeabel.

CEL · MEMBRAANTRANSPORT

Beweging en endosymbiose

• Ciliën zijn veel korte trilharen aan het celoppervlak; een flagel is een lange zweepdraad, zoals bij een zaadcel.

• Endosymbiose: mitochondriën en chloroplasten stammen af van prokaryoten die door een grotere cel werden opgenomen.

• Aanwijzingen: ze hebben eigen cirkelvormig DNA, eigen ribosomen en een dubbel membraan.

• Ze delen zich zelfstandig binnen de cel.

Syllabus M2.1 specificatie 3: ciliën, flagel, endosymbiose. Eigen DNA, eigen ribosomen en een dubbel membraan zijn de klassieke aanwijzingen. Veelgemaakte fout: denken dat de organellen zonder de cel kunnen leven. Door de samenleving zijn ze afhankelijk geworden van de gastheercel.

CEL · MEMBRAANTRANSPORT

Dynamisch evenwicht en terugkoppeling

• In een cel schommelen waarden rond een norm: een dynamisch evenwicht in een netwerk van celprocessen.

• Een ionenpomp en het selectief permeabele membraan houden de celinhoud permanent anders dan de omgeving.

• Homeostase ontstaat door terugkoppeling: een afwijking van de norm wordt gecorrigeerd.

• Een receptoreiwit vangt een signaal op, een cascade (reeks opeenvolgende reacties) geeft het door.

• Een effector reageert op het signaal, zodat de waarde terugkeert naar de norm.

Syllabus M2.1 specificatie 6 en 7 en M2.2 specificatie 4: dynamisch evenwicht, ionenpomp, homeostase, terugkoppeling, receptoreiwit, effector, cascade. Veelgemaakte fout: homeostase zien als niets verandert. De waarde schommelt rond de norm en de cel corrigeert actief. Terugkoppeling hier is negatief: de afwijking wordt kleiner.

Bouw van het celmembraan en de weg van stoffen

CEL · MEMBRAANTRANSPORT

Bouw van het celmembraan

• Een dubbele laag fosfolipiden: hydrofiele (polaire) koppen, hydrofobe (apolaire) staarten.

• Vetoplosbare stoffen zoals zuurstof en CO2 passeren tussen de fosfolipiden door.

• Wateroplosbare stoffen zoals glucose en ionen (NaCl) gaan via een transporteiwit of een ionenpomp.

• Een receptoreiwit vangt een signaalstof op buiten de cel.

Syllabus M2.2 specificatie 1 en 2: fosfolipiden, hydrofiel/polair, hydrofoob/apolair, vetoplosbaar, wateroplosbaar, receptoreiwit, zuurstof, CO2, glucose, NaCl. De hydrofobe staarten wijzen naar elkaar toe, de hydrofiele koppen naar het water aan beide kanten. Veelgemaakte fout: denken dat het membraan een gat heeft waar alles doorheen kan. Image credit: Eigen afbeelding

Zet op volgorde: terugkoppeling in een cel

1

Een effector reageert op het signaal

2

De waarde keert terug naar de norm

3

Een cascade geeft het signaal door

4

De waarde in de cel wijkt af van de norm

5

Een receptoreiwit vangt een signaal op

Afwijking, receptoreiwit, cascade, effector, herstel. Verwachte fout: de effector voor de cascade zetten.

Waarom passeert zuurstof de lipidelaag zonder eiwit, glucose niet?

A

Zuurstof is vetoplosbaar, glucose is wateroplosbaar

B

Glucose is vetoplosbaar, zuurstof is wateroplosbaar

C

Zuurstof is een groter molecuul dan glucose

D

Zuurstof wordt actief opgenomen, glucose niet

De hydrofobe staarten in het midden houden wateroplosbare (polaire) stoffen tegen. Verwachte fout: de eigenschappen omdraaien.

Diffusie, transport via een eiwit, actief transport, endocytose en exocytose

CEL · MEMBRAANTRANSPORT

Passief en actief transport

• Passief transport kost geen energie: stoffen gaan mee met het concentratieverschil, van hoog naar laag.

• Diffusie: door de lipidelaag (O2, CO2) of via een eiwit (glucose). Osmose: diffusie van water.

• Actief transport kost energie en gaat tegen het verschil in, zoals bij een ionenpomp (ionentransport).

• Grote deeltjes gaan in een blaasje: endocytose naar binnen, exocytose naar buiten.

Syllabus M2.2 specificatie 1: diffusie, osmose, passief transport, actief transport, endocytose, exocytose, ionentransport, ionenpomp. Receptoreiwitten kunnen bij endocytose de te transporteren stof binden. Glucose gaat in veel cellen passief via een transporteiwit; in sommige cellen, zoals in de darm, kan het actief. Veelgemaakte fout: denken dat transport tegen het concentratieverschil in zonder energie kan. Image credit: Eigen afbeelding

Een dierlijke cel en een plantencel in hypotonische, isotonische en hypertonische oplossing

CEL · MEMBRAANTRANSPORT

Osmose en osmotische waarde

• Een semipermeabel membraan laat alleen water door; het celmembraan is selectief permeabel.

• Osmotische waarde: de concentratie opgeloste deeltjes. Hoe hoger, hoe hoger de osmotische druk.

• Veel deeltjes: hoge osmotische waarde, lage waterpotentiaal. Water gaat naar de lage waterpotentiaal.

• Buiten vergeleken met binnen: isotonisch (gelijk), hypotonisch (lager), hypertonisch (hoger).

Syllabus M2.2 specificatie 4: semipermeabel membraan, selectief permeabel, isotonisch, hypotonisch, hypertonisch, osmotische druk, osmotische waarde, waterpotentiaal. Hypo en hyper gaan over de oplossing buiten de cel, vergeleken met de cel. Veelgemaakte fout: denken dat water naar de lage concentratie gaat. Water gaat naar de plek met de hoogste concentratie opgeloste deeltjes, dus de laagste waterpotentiaal. Image credit: Eigen afbeelding

Plasmolyse in cellen van rode ui onder de microscoop

CEL · MEMBRAANTRANSPORT

Osmose bij plant en dier

• Een dierlijke cel in een hypotonische oplossing zwelt en kan knappen; in een hypertonische krimpt de cel.

• Een plantencel neemt water op: de celinhoud drukt tegen de celwand. Dat is turgor.

• In een hypertonische oplossing laat het celmembraan los van de celwand: plasmolyse.

• Zo verschillen de effecten: de celwand voorkomt dat een plantencel knapt.

Syllabus M2.2 specificatie 3: plasmolyse, turgor. De foto toont plasmolyse in cellen van rode ui. Veelgemaakte fout: plasmolyse en krimpen van een dierlijke cel op een hoop gooien. Bij plasmolyse blijft de celwand op zijn plek en trekt het membraan los. Image credit: Trương Minh Khải / Wikimedia Commons, CC BY 4.0

Een motoreiwit vervoert een blaasje langs het cytoskelet

CEL · MEMBRAANTRANSPORT

Transport in de cel

• Het cytoskelet is een net van eiwitdraden dat de cel vorm en steun geeft.

• Een motoreiwit loopt over een draad van het cytoskelet en neemt een blaasje of organel mee.

• Dat kost energie. Zo komen blaasjes bijvoorbeeld van het golgi-systeem bij het celmembraan.

Syllabus M2.2 specificatie 5: motoreiwit, cytoskelet. Veelgemaakte fout: denken dat blaasjes vanzelf door het cytoplasma drijven naar de goede plek. Het cytoskelet werkt als spoor, het motoreiwit als vervoerder. Image credit: Eigen afbeelding

Vul in

Een motoreiwit loopt langs het cytoskelet en vervoert zo blaasjes door de cel.

motoreiwit

cytoskelet

ionenpomp

receptoreiwit

Het motoreiwit loopt over het cytoskelet. Verwachte fout: ionenpomp invullen omdat ook die energie gebruikt.

Wat vond je vandaag het lastigst?

1

Bouw van cellen en organellen

2

Homeostase en terugkoppeling

3

Membraan en transport

4

Osmose, turgor en plasmolyse

Gebruik de uitslag om te bepalen welk onderdeel je nog eens met een voorbeeld doorloopt.

Welk begrip wil je nog oefenen?

Reflectievraag zonder vast antwoord. Gebruik de antwoorden om de examentraining te richten.

CEL · MEMBRAANTRANSPORT

Begrippen (1/2)

• prokaryoot: Cel zonder celkern met celwand, cirkelvormig chromosoom en plasmiden, zoals een bacterie. Een virus is geen cel.

• virus: Erfelijk materiaal (DNA of RNA) in een eiwitmantel, zonder eigen stofwisseling.

• eukaryoot: Cel met een celkern en organellen zoals mitochondrie, ruw ER, golgi-systeem, lysosoom en cytoskelet.

• endosymbiose: Mitochondriën en chloroplasten stammen af van opgenomen prokaryoten: eigen DNA, eigen ribosomen, dubbel membraan.

• terugkoppeling: Homeostase in de cel: receptoreiwit, cascade en effector brengen een afwijkende waarde terug naar de norm.

CEL · MEMBRAANTRANSPORT

Begrippen (2/2)

• fosfolipidelaag: Dubbele laag met hydrofiele koppen en hydrofobe staarten: vetoplosbare stoffen gaan er wel door, wateroplosbare niet.

• passief en actief transport: Passief gaat mee met het concentratieverschil en kost geen energie; actief gaat ertegenin met energie, bijvoorbeeld een ionenpomp.

• osmotische waarde: Concentratie opgeloste deeltjes. Water gaat naar de hoge osmotische waarde, de lage waterpotentiaal.

• turgor en plasmolyse: Plantencel: wateropname geeft turgor, waterverlies geeft plasmolyse. Een dierlijke cel kan knappen of krimpen.

• motoreiwit: Loopt langs het cytoskelet en vervoert blaasjes of organellen door de cel.